降低海洋塑料垃圾热解含氯污染物排放的热解系统以及热解方法与流程

1.本发明涉及垃圾处理领域，尤其是涉及一种降低海洋塑料垃圾热解含氯污染物排放的热解系统以及海洋塑料垃圾的热解方法。


背景技术：

2.2015年，海洋塑料垃圾污染已被列为与全球气候变化、臭氧耗竭、海洋酸化并列的重大全球环境问题。海洋塑料约占海洋垃圾的60％
‑
80％，是最丰富的海洋垃圾种类。据jambeck等人估计，每年有480到1270万吨塑料垃圾流入世界海洋中，使海洋成为最大的塑料垃圾场。由于塑料在海洋环境中的难以降解，对海洋环境造成了严重危害，海洋塑料垃圾会被海洋生物摄入而影响其健康，进而可能通过食物链危害人体健康；海洋塑料垃圾也可以作为有机或无机污染物的载体，增加这些污染物的运输；海洋塑料垃圾还影响了航运和海洋环境的美学价值，进而产生负面的社会经济影响；在海滩上，海洋塑料垃圾造成美观问题，特别是在旅游区，通常导致游客流量下降，并使有关市政当局支付大量的清洁费用；在海上，漂浮的海洋塑料垃圾会阻碍螺旋桨，影响海上交通。
3.对于收集到的海洋塑料垃圾，焚烧和热解是最常用的处置方法。然而，塑料长期存在于海洋环境中，导致其氯含量较高，在焚烧过程中会产生二噁英等有毒有害气体，危害人体健康和周围环境；相对于焚烧，热解可处理所有类型的塑料，并且不会像焚烧那样产生大量有害气体和有毒排放物，因此热解是相对更为有效的处置方式。目前仅有的几个关于海洋塑料垃圾热处置过程中污染物的研究主要集中在850℃高温焚烧和热解过程产生的颗粒物中含氯污染物的排放，因为nacl的熔融温度为801℃，熔融后的nacl具有更高的反应活性，是影响海洋塑料高温热解过程中含氯污染物产生的重要因素之一。


技术实现要素：

4.基于此，有必要提供一种降低海洋塑料垃圾热解含氯污染物排放的热解系统。
5.此外，还有必要提供一种降低海洋塑料垃圾热解含氯污染物排放的热解方法。
6.一种降低海洋塑料垃圾热解含氯污染物排放的热解系统，包括：
7.干燥装置，用于对待处理的海洋塑料垃圾进行干燥；
8.热解炉，用于对干燥后的所述海洋塑料垃圾在520℃～580℃下热解；
9.燃烧室，所述热解炉的出气口与所述燃烧室的进气口连通，所述燃烧室用于燃烧所述海洋塑料垃圾在所述热解炉内热解产生的气体和焦油；以及
10.热交换装置，所述热交换装置与所述燃烧室的出气口连通，所述燃烧室内燃烧产生的烟气通过所述热交换装置将热量送入所述热解炉内。
11.一种降低海洋塑料垃圾热解含氯污染物排放的热解方法，包括如下步骤：
12.对待处理的海洋塑料垃圾进行干燥；
13.将干燥后的所述海洋塑料垃圾在520℃～580℃下热解；
14.燃烧所述海洋塑料垃圾热解产生的气体和焦油；以及
15.所述海洋塑料垃圾热解产生的气体和焦油燃烧后产生的烟气的热量用于所述海洋塑料垃圾的热解。
16.这种降低海洋塑料垃圾热解含氯污染物排放的热解系统通过对干燥后的海洋塑料垃圾在热解炉内520℃～580℃下进行热解，一方面可以保证海洋塑料垃圾内的各种塑料成分充分热解，另一方面热解温度低于nacl的熔融温度801℃，从而减少了含有nacl的海洋塑料垃圾在热解过程中产生含氯的有毒有害物质，从而降低海洋塑料垃圾热解含氯污染物排放。
17.此外，燃烧室内燃烧产生的烟气的热量通过热交换装置送入热解炉内，从而起到加热热解炉的作用，可以达到节能的目的。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.其中：
20.图1为一实施方式的降低海洋塑料垃圾热解含氯污染物排放的热解系统的结构示意图。
21.图2为一实施方式的降低海洋塑料垃圾热解含氯污染物排放的热解方法的流程示意图。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.如图1所示的一实施方式的降低海洋塑料垃圾热解含氯污染物排放的热解系统，包括：干燥装置10、热解炉20、燃烧室30以及热交换装置40。
24.干燥装置10用于对待处理的海洋塑料垃圾进行干燥。
25.热解炉20用于对干燥后的海洋塑料垃圾在520℃～580℃下热解。
26.热解炉20的出气口22与燃烧室30的进气口32连通，燃烧室30用于燃烧海洋塑料垃圾在热解炉20内热解产生的气体和焦油。
27.热交换装置40与燃烧室30的出气口34连通，燃烧室30内燃烧产生的烟气通过热交换装置40将热量送入热解炉20内。
28.这种降低海洋塑料垃圾热解含氯污染物排放的热解系统通过对干燥后的海洋塑料垃圾在热解炉20内520℃～580℃下进行热解，一方面可以保证海洋塑料垃圾内的各种塑料成分充分热解，另一方面热解温度低于nacl的熔融温度801℃，从而减少了含有nacl的海洋塑料垃圾在热解过程中产生含氯的有毒有害物质，从而降低海洋塑料垃圾热解含氯污染
物排放。
29.此外，燃烧室30内燃烧产生的烟气的热量通过热交换装置40送入热解炉20内，从而起到加热热解炉20的作用，可以达到节能的目的。
30.优选的，热解炉20用于对干燥后的海洋塑料垃圾在550℃下热解。
31.结合具体实施例部分的内容，选取550℃作为热解温度，可以保证所有塑料均可热解完全。
32.优选的，海洋塑料垃圾中，nacl的质量比例为10mg/g～500mg/g。
33.具体来说，本实施方式中，海洋塑料垃圾中，nacl的质量比例可以为10mg/g、35mg/g、500mg/g。
34.本实施方式中，海洋塑料垃圾包括：低密度聚乙烯(ldpe)、高密度聚乙烯(hdpe)、聚丙烯(pp)、聚苯乙烯(ps)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)。
35.pp最容易发生热解，最大失重速率在507℃，热失重范围为370
‑
536℃。
36.ps的热解大致由391℃开始，到508℃结束，最大失重速率在473℃。
37.ldpe和hdpe的失重温度区间约为435℃～548℃，最大失重率分别出现在507℃和519℃。
38.pet失重区间为418℃～550℃，最大失重速率为495℃。
39.综合上述五种塑料原料的热解特性，选取550℃作为热解温度，可以保证所有塑料均可热解完全。
40.具体来说，海洋塑料垃圾中，低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯的质量比例为14～28：9～12：15～41：1～7：15～58。
41.结合图1，热交换装置40还与干燥装置10的进气口12连通，从而热解炉20通过热交换装置40与干燥装置10连通，使得热解炉20内产生的废气排入干燥装置10内。
42.热解炉20内的废气排入干燥装置10内，可以对干燥装置10内的海洋塑料垃圾进行干燥，起到节能的目的。
43.具体来说，本实施方式中，降低海洋塑料垃圾热解含氯污染物排放的热解系统还包括湿式除尘装置50，干燥装置10的出气口14与湿式除尘装置50连通，从而使得湿式除尘装置50对干燥装置10排出的尾气进行净化处理，以减少对周围环境和人体健康的影响。
44.结合图2，本申请还公开了一实施方式的降低海洋塑料垃圾热解含氯污染物排放的热解方法，包括如下步骤：
45.s10、对待处理的海洋塑料垃圾进行干燥。
46.s20、将干燥后的海洋塑料垃圾在520℃～580℃下热解。
47.优选的，对干燥后的海洋塑料垃圾在550℃下热解。
48.结合具体实施例部分的内容，选取550℃作为热解温度，可以保证所有塑料均可热解完全。
49.优选的，海洋塑料垃圾中，nacl的质量比例为10mg/g～500mg/g。
50.具体来说，本实施方式中，海洋塑料垃圾中，nacl的质量比例可以为10mg/g、35mg/g、500mg/g。
51.本实施方式中，海洋塑料垃圾包括：低密度聚乙烯(ldpe)、高密度聚乙烯(hdpe)、聚丙烯(pp)、聚苯乙烯(ps)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)。
52.pp最容易发生热解，最大失重速率在507℃，热失重范围为370
‑
536℃。
53.ps的热解大致由391℃开始，到508℃结束，最大失重速率在473℃。
54.ldpe和hdpe的失重温度区间约为435℃～548℃，最大失重率分别出现在507℃和519℃。
55.pet失重区间为418℃～550℃，最大失重速率为495℃。
56.综合上述五种塑料原料的热解特性，选取550℃作为热解温度，可以保证所有塑料均可热解完全。
57.具体来说，海洋塑料垃圾中，低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯的质量比例为14～28：9～12：15～41：1～7：15～58。
58.s30、燃烧海洋塑料垃圾热解产生的气体和焦油。
59.s40、海洋塑料垃圾热解产生的气体和焦油燃烧后产生的烟气的热量用于海洋塑料垃圾的热解。
60.这种降低海洋塑料垃圾热解含氯污染物排放的热解系统通过对干燥后的海洋塑料垃圾在热解炉20内520℃～580℃下进行热解，一方面可以保证海洋塑料垃圾内的各种塑料成分充分热解，另一方面热解温度低于nacl的熔融温度801℃，从而减少了含有nacl的海洋塑料垃圾在热解过程中产生含氯的有毒有害物质。
61.此外，燃烧室30内燃烧产生的烟气通过热交换装置40将热量送入热解炉20，从而起到加热热解炉20的作用，可以达到节能的目的。
62.具体实施例
63.实施例1
64.1.选取海岸线塑料垃圾中常见的五种塑料颗粒：低密度聚乙烯(ldpe)、高密度聚乙烯(hdpe)、聚丙烯(pp)、聚苯乙烯(ps)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)(购自山东优索化工科技有限公司)，按照砂质(s)和岩基(r)海岸线塑料垃圾组成比例进行混合(砂质海岸线塑料组成：28％ldpe、9％hdpe、41％pp、7％ps和15％pet；岩基海岸线塑料组成：14％ldpe、12％hdpe、15％pp、1％ps和58％pet)。由于nacl是海水中盐分的主要成分，根据前期调研、海水盐度以及已有文献的研究，分别以10mg/g、35mg/g、500mg/g的比例添加nacl(ar，99.5％)，混合均匀后进行热解，记为：s10、s35、s500、r10、r35和r500。
65.2.反应温度的选择：pp最容易发生热解，最大失重速率在507℃，热失重范围为370
‑
536℃。ps的热解大致由391℃开始，到508℃结束，最大失重速率在473℃。ldpe和hdpe的失重温度区间约为435℃～548℃，最大失重率分别出现在507℃和519℃。pet失重区间为418℃～550℃，最大失重速率为495℃。综合这五种塑料原料的热解特性，本实验选取550℃作为热解温度，以保证所有塑料均可热解完全。
66.3.反应条件及相关结果，见下表1。
67.表1：反应条件及相关结果
[0068][0069]
其中，颗粒物组成：烃类、醇类、酯类、酸类和酸酐等c、h、o元素组成的物质；焦油组成：烃类、醇类、酯类、酸类、酸酐和酮类等c、h、o元素组成的物质；气体组成：co、ch4和少量c
n
h
m
。
[0070]
4.为了确定热解固体产物中nacl的含量，选取nacl含量较高的s500和r500热解固体产物进行na

和cl
‑
的测定，测定结果如下表2所示。
[0071]
表2：s500和r500热解固体产物的na

和cl
‑
的测定结果
[0072] na

含量/molcl
‑
含量/mols/r500加入量8.55
×
10
‑38.55
×
10
‑3s500测得量(ic)8.90
×
10
‑38.77
×
10
‑3r500测得量(ic)8.89
×
10
‑39.78
×
10
‑3[0073]
由词表可得，s500和r500热解固体产物中的na

和cl
‑
均与添加的nacl量基本一致，表明加入砂质和岩基塑料的nacl基本保留在热解固体产物中。
[0074]
5.结论
[0075]
综上，在550℃低温热解过程中，加入砂质和岩基海岸线塑料中的nacl几乎全部留在了固体残渣中，热解颗粒物、焦油和气体中均未检测到含氯污染物，达到低氯排放的效果，极大的减少了对周围环境和人体健康的危害；适量的nacl会催化砂质和岩基塑料热解气体的产生，nacl含量为35mg/g时催化效果最明显，且减少了岩基塑料热解颗粒物的产生，在一定程度上达到减排目的。
[0076]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。